一种分段式悬链线方程拉力模拟装置的组装及工作方法

技术特征：
1.一种基于分段式拉力计的悬链线方程拉力模拟装置的安装方法，其特征在于：该装置包括拉力传感器(1)和钢索(8)，所述拉力传感器(1)的下端设置拉力模拟机构(2)，拉力模拟机构(2)采用方形外壳(2a)内设置多组拉力模拟单元，拉力模拟单元中相邻两个单元隔板(2b)之间设置拉力弹簧(2c)和预旋钢索段(2d)，拉力弹簧(2c)的上端设置在上方单元隔板(2b)下表面的弹簧卡槽(2b4)内，拉力弹簧(2c)的下端设置在下方单元隔板(2b)上表面的弹簧卡槽(2b4)内；所述预旋钢索段(2d)设置在拉力弹簧(2c)内部，预旋钢索段(2d)的两端分别设置在单元隔板(2b)的钢索连接座(2b3)上；所述单元隔板(2b)的隔板本体(2b2)的四个角点处分别设置作用于方形外壳(2a)内壁上的隔板小轮(2b1)；所述拉力模拟机构(2)的下方依次设置调整支架(7)和延长杆(4)，延长杆(4)的底端通过钢索导轮支架(5)设置u型凹槽导轮(6)，所述调整支架(7)上设置固定架(3)；所述钢索(8)的一端连接在拉力传感器(1)上，另一端依次穿过拉力模拟机构(2)、调整支架(7)、延长杆(4)后经过u型凹槽导轮(6)连接到试验锚定位置上。该装置的组装方法包括以下步骤：s1.对目标平台进行静水系泊力分析，根据顶端锚链与垂直方向夹角和平台水平位移之间的关系，拟合拉力-水平位移曲线，并推算出拉力-钢索位移曲线；调整拉力模拟装置中的调整支架与平台系泊点的水平距离和垂直距离的位置，通过水平位置和垂直位置来调整悬链线与平台之间的角度；s2.确定试验中所需要的拟合精度，并将推算出的拉力-钢索位移曲线根据最小拉力与最大拉力的差值，从大到小分为n段；s3.将每一段曲线看作是直线进行处理，并根据曲线斜率计算出每一段的弹性模量k
i
；据此计算出实际弹簧需要的弹性模量q
i
；第i段拉力弹簧的实际弹性模量q
i
与弹性模量k
i
之间的关系为：其中：1≤i≤n；s4.根据计算所得的q值定制弹簧，并按照牛顿迭代法反复迭代得到弹簧的长度l值；最终确定每一段拉力弹簧的弹性模量q
i
和其对应的极值长度l
i
；s5.按照q值大小依次从上到下将拉力弹簧设置在拉力模拟机构中，设置弹簧模量q
i
值的拉力弹簧时，相邻单元隔板间的距离为极值长度l
i
；同时设置相邻单元隔板间的段预旋钢索段的长度为极值长度l
i
；s6.组装拉力模拟装置的其余部件，将装置下部的钢索绕过底部的u型凹槽导轮，连接试验平台上的锚点位置，并开始试验。2.根据权利要求1所述的一种基于分段式拉力计的悬链线方程拉力模拟装置的工作方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：s1.将该拉力模拟装置安装到试验位置；s2.试验中的试验平台模型受到一个水动力载荷，会发生水平位移，通过已经牵拉在模型上的钢索传导给拉力模拟机构中；s3.拉力模拟机构下方钢索受力，自下往上拉力弹簧依次拉伸，当最下端拉力弹簧达到
极值长度时，对应的预旋钢索段由松弛状态变为拉伸状态；拉力弹簧自下而上依次达到极值长度，对应的预旋钢索也依次达到拉抻状态；s4.拉力模拟机构中预旋钢索段都呈现拉伸状态后，所有拉力通过装置最顶部的拉力传感器传输到计算机中；通过整个拉力模拟装置模拟出拉力-钢索位移曲线，进而模拟出悬链线方程中的拉力-水平位移曲线。

技术总结
一种分段式悬链线方程拉力模拟装置的组装及工作方法，其属于机械结构设计的技术领域。该装置包括拉力传感器、拉力模拟机构、调整支架、U型凹槽导轮等。其中拉力模拟机构为核心构件，包含了多个拉力模拟单元。拉力模拟单元采用相邻两单元隔板之间设置拉力弹簧和预旋钢索段；以比较精确的模拟悬链线拉力-位移的关系，进而完成对悬链线方程的模拟。该装置还能实现悬链线受力的采集和悬链线方向的调节，并且具有水上操作的特性，在极大减小场地约束和操作便利性的同时提高了悬链线方程模拟的精度。该装置及工作方法主要用于平台-系泊装置的耦合性能测试和优化试验。置的耦合性能测试和优化试验。置的耦合性能测试和优化试验。


技术研发人员：姜宜辰 董宇 裴玉国 李海涛 宗智 张桂勇 邹丽 孙铁志 孙哲 张之凡
受保护的技术使用者：大连理工大学
技术研发日：2022.07.29
技术公布日：2022/10/25